[0047] [3]周必凡，李德基，罗德富，等.泥石流防治指南[M].北京:科学出版社，1991.
[004引 [4 ]GB50010-2010，《混凝±结构设计规范》[S ]
[0049] [引GB/T50123-1999，《±工试验方法标准》[S]
[0050] [6]TB10002.5-2005/J464-2005《铁路桥涵地基和基础设计规范》[S]
[0051] [7]曾超，泥石流作用下建筑物易损性评价方法[D].北京：中国科学院大学，2014.
[0052] [引周伟，陈宁生，邓明枫等.四川省都江堪市八一沟泥石流动力学特征及危险性 评估[J].水上保持通报，2011,31(3) ,138-143
[0053] 说明书附图
[0054] 图1是本发明的梯级鱼脊型水石分离系统放置于沟床上的结构平面布置示意图， 其中：1:引流巧;2:鱼脊型水石分离格栅;3:停积场;4:泄流槽;5:泥石流沟床;6:岸坡。
[0055] 图2是采用双面水石分离格栅的鱼脊型水石分离结构。
[0056] 图3是单面水石分离格栅的鱼脊型水石分离结构。
[0057] 图4是简支梁结构冲击力弯曲破坏条件下流速与大颗粒之间的关系。
[005引图5是简支梁结构冲击力剪切破坏条件下流速与大颗粒之间的关系。
【具体实施方式】 [0化9] 实施例一
[0060]根据龙池镇八一沟的现实地形条件，本发明提出了一套梯级鱼脊型水石分离系 统，如图1、2所示，从上游至下游的泥石流沟床上分级布置4级鱼脊型水石分离结构，每一级 结构均包括引流巧1、双面鱼脊型水石分离格栅2、泄流槽4及相应的停积场3;在引流巧的背 水面连接着双面鱼脊型水石分离格栅，双面鱼脊型水石分离格栅横跨泥石流沟床两岸，前 部顶端与引流巧的引流口顶端紧接。引流巧1为重力式实体拦砂巧。
[0061 ] 上述结构通过W下步骤计算和设计得到：
[0062] 根据曾超(2014)对议川震区泥石流危害现场调查，可确定该地区被保护的房屋建 筑结构的柱体可分为高中低=种强度，本例W低强度柱体计算，柱体相关资料见表2。在计 算中，可将柱体简化为简支梁构件；W周伟(2011)议川震区都江堪八一沟2010年8月13日泥 石流计算资料为依据，假设一次冲出固体物质总量M为32 XioV3,设计泥石流流量Qc为 657m^s，泥石流原始容重化为1.82g/cm3，沟道宽度B '为20~40m，固体颗粒休止角为38°。现 场采集该沟物源颗粒级配资料，如表3所示。
[0063] 表2建筑结构相关资料
[0065]表3物源颗粒级配资料
[0067] 确定设计物质分离率Pg = 80%，初步确定级数n = 3。
[0068] 根据大块石对简支梁的冲击力公式，即式1，当简支梁发生冲击弯曲破坏或剪切破 坏时，根据力的极限平衡条件：
[0071] 将表2中的相关参数和式6代入上式，即可得出大块石粒径与流速之间的关系如图 4、5所示，从图上可看出，当v = 10m/s时，Dmin = 0.2m。
[0072] 初步确定各级设计分离粒径D(j)分别为1.0m、0.5m和0.2m，如表4所示。
[0073] 表4初步设计和调整方案
[0075] 初步设计:根据式7和式8计算P(j)，再根据式9计算Vw，如表4所示，计算得出系统 物质总分离率P(n)为57.74%，远小于设计物质分离率Po的80%，因此需对初步设计方案进 行调整。
[0076] 方案I:首先仅改变设计分离粒径Dw,保持级数不变，计算得出方案I物质总分离 率P(n)为72.5%，接近设计物质分离率Po的80%，但第=级停积场容量Vw过大，龙池镇八 一沟的沟道条件很难选择到合适的场址W满足结构建造和储存物料的要求，所W方案I还 需一步调整。
[0077] 方案II:对设计方案作进一步调整，如方案II所示，增加级数为4级，计算得到物质 总分离率为73.8%，接近设计物质分离率Po的80%，且各级停积场容量V(j)分配均匀，现实 条件下容易选择到合适的场址。
[0078] 根据上述计算结果，结合龙池镇八一沟的现实地形条件，选择上述方案II设计梯 级鱼脊型水石分离系统，在龙池镇八一沟设计一套梯级鱼脊型水石分离系统，如图1、2所 示，从上游至下游的泥石流沟床上分级布置4级鱼脊型水石分离结构，每一级结构均包括 引流巧1、鱼脊型水石分离格栅2、泄流槽4及相应的停积场3;在引流巧的背水面连接着鱼脊 型水石分离格栅，鱼脊型水石分离格栅横跨泥石流沟床两岸，前部顶端与引流巧的引流口 顶端紧接。引流巧1为重力式实体拦砂巧。各级设计分离粒径D(I)~D(4)分别为1000mm、 500mm、200mm、100mm，各级停积场的容量V(l)~V(4)分别为：5.38X 104m3、5.96X 104m3、7.14 X10^\5.14X1〇V〇
[0079] 根据设计泥石流流量Qc为657mVs，泥石流原始容重Pc为1.82g/cm3、沟道宽度B'为 20~40m、固体颗粒休止角为38°，各级结构的细部设计可参见专利化201310738319.X，不再 寶述。
【主权项】
1. 梯级鱼脊型水石分离系统，其特征在于:从上游至下游的泥石流沟床上分级布置η级 鱼脊型水石分离结构，每一级均包括引流坝、鱼脊型水石分离格栅、泄流槽及相应的停积 场;在引流坝的背水面连接着鱼脊型水石分离格栅，鱼脊型水石分离格栅横跨泥石流沟床 两岸，前部顶端与引流坝的引流口顶端紧接。2. 如权利要求1所述的梯级鱼脊型水石分离系统，其特征在于:所述鱼脊型水石分离格 栅的结构为双面鱼脊型或单面鱼脊型。3. 如权利要求1或2所述的梯级鱼脊型水石分离系统的设计方法，包括确定分级数η、各 级设计分离粒径?ω和各级停积场容量νω，以及各级结构的细步设计，其特征在于，所述分 级数η、各级设计分离粒径和各级停积场容量通过以下步骤确定： (1) 收集原始数据:现场调查，根据泥石流工程勘察和设计规范确定基本参数，包括:需 保护的建筑结构类型及强度、一次冲出物质总量M、完整的物源颗粒级配、设计泥石流流量 Q。、容重P。、固体颗粒天然休止角以及沟道宽度B' ； (2) 设计物质分离率Ρο、级数η的确定:设计物质分离率Ρο大于等于50 %，对应的η初步取 3~5;(3) 造成冲击力破坏的最小颗粒粒径Dmin的确定： t 其中，F。为泥石流大块石的冲击力;E为构件材料弹性模量(MPa); J为受力断面惯性矩 (m4) ;vs为泥石流流速(m/s) ;W为大石块质量(kg) ;g为重力加速度(m/s2) ;Li为梁的计算跨 度(m)，悬臂梁时，U为冲击点至固定端的距离，简支梁时，U为梁长;k。为修正系数，取0.1~ 0.2; ki、k2为与大块石和拦砂坝材料相关的系数;大块石的质量W按等效球体计算;根据所需 保护的建构筑物类型，将其合理简化成梁式构件或刚性墙体，分别选用式1~3的冲击力公 式，根据受力极限平衡条件，可得出在不同泥石流流速下构件可承受的最大块石粒径的冲 击，根据统计资料，以lOm/s的泥石流流速下对应的块石粒径作为界限粒径，也即系统必须 分离出去的有害大块石的最小粒径D min; (4) 其他设计分离粒径D (j)的确定： 通过现场调查，获得泥石流沟完整的颗粒级配分布资料，颗粒粒径分段如下:对于粒径 d〈60mm的粒径，根据《土工试验方法标准》筛分实验标准粒径分级；对于60 < d〈800mm的粒 径，参照《铁路桥涵低级和基础设计规范》对土的颗粒分类标准;粒径d 2 800mm的大块石，可 进一步按整数分类;DG)从这些分界粒径中取值，最后一级结构的分离粒径D( n)<Dmin; (5) 梯级系统物质总分离率P (η)及各级停积场容量νω的确定： P( j)与物源颗粒级配、水石分离粒径组合之间的关系如式7所示：式7 式7中：?ω为第j级结构的设计分离粒径；为物源颗粒粒径组成中小于0(^的物质占 总物质的累计百分比；daveG)为物源颗粒组成中小于0〇)的颗粒加权平均粒径，具体计算方 法如式8所示：式8 其中：?表示按上述标准对物源颗粒粒径段进行划分，小于0(^的每个粒径段的算数平 均粒径值;fk表示上述粒径段占物源总量的比例； νω的计算公式如式9所示： V(j) = [P(j)-P(j_l)] XM，（j = l，2, · · ·，η)式9 如果Ρ(η)〈〈Ρ〇或νω计算值与现场地形条件不符，则调整η的取值或设计分离粒径0〇)的 取值，直至Ρ(η)接近或达到设计物质分离率Ρ〇,各级停级场容量νω满足设计需求和场地条 件。
【专利摘要】本发明涉及一种梯级鱼脊型水石分离结构及其设计方法，属于泥石流防治领域。本发明提出了一套梯级鱼脊型水石分离系统，从上游至下游的泥石流沟床上分级布置n级鱼脊型水石分离结构，每一级均包括引流坝、鱼脊型水石分离格栅、泄流槽及相应的停积场；在引流坝的背水面连接着鱼脊型水石分离格栅，鱼脊型水石分离格栅横跨泥石流沟床两岸，前部顶端与引流坝的引流口顶端紧接。本发明还提供了一种该系统的设计方法，解决了现有单个鱼脊型水石分离系统分离能力与储存空间有限的问题，科学合理地布置多个鱼脊型水石分离结构形成梯级系统，更有效地减轻泥石流的危害。
【IPC分类】E02B8/02
【公开号】CN105603940
【申请号】CN201610005972
【发明人】谢湘平, 韦方强, 杨红娟, 王小军
【申请人】中国科学院、水利部成都山地灾害与环境研究所
【公开日】2016年5月25日
【申请日】2016年1月6日